JP7357909B2

JP7357909B2 - 立体物成形方法及び立体物

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Publication number: JP7357909B2
Application number: JP2019164137A
Authority: JP
Inventors: 良太北村
Original assignee: Hiroshima Metal and Machinery Co Ltd
Current assignee: Hiroshima Metal and Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2023-10-10
Anticipated expiration: 2039-09-10
Also published as: JP2021042491A

Description

本発明は、立体物成形方法及び立体物に関し、詳しくは、取付対象物の外形に沿う立体形状に成形され、シート材の表面に線状部材が取り付けられた立体物の成形方法及びその立体物に関するものである。

従来、車両用シートの座面部や背面部、ステアリングホイールなどに、面状発熱体が取付けられている。この種の面状発熱体として、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。特許文献１の面状発熱体は、不織布などのシート材に発熱線がミシン縫いで取付られたものであり、作業者は、取付け箇所の表面の形状に面状発熱体を沿わせながら配置して、接着剤等で固定する。例えばステアリングホイールに面状発熱体を用いる場合には、面状発熱体をステアリングホイールのリム部の形状に沿って巻き付けて接着剤等で固定する。

特開２００３－１７３８６０号公報

しかし、特許文献１に記載の発明の面状発熱体は、不織布に発熱線が取付けられた平面形状やシート状のものであるため、取付対象物が立体形状である場合には取付けが難しい。ステアリングホイールに面状発熱体を取り付ける場合は、ステアリングホイールの形状に沿いやすくするために、面状発熱体に切れ込み等を設けた後、ステアリングホイールに巻き付ける作業を行っており、手間がかかる。

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、簡単に立体形状の取付対象物に取付けることのできる立体物を成形する方法及び立体物を提供することを課題とする。

本発明による立体物成形方法は、シート材に線状部材を取り付ける工程と、前記線状部材が取り付けられた平面形状の前記シート材を、取付対象物の外形に沿う立体形状に成形する工程と、前記シート材を所定の形状に切断する工程と、を含む。

上記の方法によれば、線状部材が取り付けられたシート材を、取付対象物の形状に合わせた所望の形状の立体物に成形できるため、取付対象物に組み付けるだけで簡単に取付けることができ、従来の線状部材が固定された平面形状のシート材に比べて取付が非常に簡単になり、断線等が起こるおそれがない。

前記取り付ける工程は、前記線状部材をミシン掛けにより前記シート材に縫い付けるものであってもよい。

前記切断する工程は、前記成形する工程の前と後の少なくとも一方に行われてもよい。

前記シート材は不織布からなり、前記不織布は、所定の融点を有する第１繊維と、前記第１繊維よりも融点が高い第２繊維とを含んでもよい。

前記成形する工程の前に又は前記成形する工程と同時に、前記第１繊維の融点より高く前記第２繊維の融点より低い温度で前記シート材を加熱する工程をさらに含んでもよい。

本発明による立体物は、取付対象物の外形に沿う立体形状に成形され、シート材の表面に線状部材が取り付けられている。

本発明の立体物成形方法及び立体物によれば、線状部材が取り付けられたシート材を、取付対象物の形状に合わせた所望の形状の立体物に成形できるため、取付対象物に組み付けるだけで取付けることができ、従来の線状部材が固定された平面形状のシート材に比べて取付が非常に簡単になる。

本発明の一実施形態に係る立体物成形方法の工程を示す概略説明図である。不織布に発熱線が縫い付けられた状態を示す平面図である。ヒータの斜視図である。ヒータの部分断面図である。ヒータの不織布に発熱線が縫い付けられた状態の要部を拡大して示す平面図である。ヒータがステアリングホイールに組み付けた状態を示す正面図である。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。本実施形態では、取付対象物を図６に示す車両用のステアリングホイール３０のリム部３１及びスポーク部３３ａ、３３ｂとし、立体物としてリム部３１及びスポーク部３３ａ、３３ｂに取付けられるヒータ１０を成形する方法を一例として説明する。

本実施形態において成形されるヒータ１０は、図３に示すように、車両用のヒータ１０に用いられる発熱用の電線（以下、「発熱線１１」という。）が取り付けられたシート材（不織布１２）が立体形状に成形された立体物である。ヒータ１０は、不織布１２がステアリングホイール３０のリム部３１及びスポーク部３３ａ、３３の形状に沿うように立体成形されて、その形状が維持されている。不織布１２の外側表面には発熱線１１が配置され、図４，図５に示すように、発熱線１１はミシン２２による千鳥縫いで上糸１３及び下糸１４により不織布１２に取り付けられている。上糸１３は不織布１２の表面において発熱線１１を跨いで左右交互に配置され、下糸１４は不織布１２の裏面に配置されている。なお、発熱線１１は必ずしも不織布１２の外側表面に配置されていなくてもよく、不織布１２の内部に発熱線１１の一部が入り込んでいてもよい。

発熱線１１は金属線からなり、例えば、ＥＴＦＥ線（銅ニッケル線にハイフロンふっ素樹脂外皮をつけたもの）、銅マグネシウムの撚線（マグネシウムを含有した銅線にポリウレタンコーティングをした素線を撚り合わせた撚線）、銅合銀線（銀を含有した銅線にポリウレタンコーティングをした素線を撚り合わせた撚線）などが挙げられるが、これに限定されるものではない。また、発熱線１１の発熱温度はこれら金属線の単位抵抗値に応じて変化するため、所望の発熱線１１の発熱温度となるよう金属線の単位抵抗値を選択する。発熱線１１の直径は、例えば０．０５ｍｍ以上、１２ｍｍ以下である。

シート材は、例えば、不織布１２が用いられる。本実施形態の不織布１２は、所定の融点を有する第１繊維と、第１繊維よりも融点が高い第２繊維とを含む。例えば、第１繊維は、融点が約１１０度のポリエステルからなり、熱可塑性である。第２繊維は融点が約２２０度の難燃性のポリエステルからなる。不織布１２には、第１繊維が約１０％、第２繊維が約９０％の割合で含まれている。本実施形態においては、不織布１２は、第１繊維と第２繊維とを混合し、この混合物に先端が鋭利で側部にフック（鉤）の付いた多数のニードル（針）を高速で上下させて繰り返し突き刺し、繊維同士を互いに絡ませるニードルパンチング法にて製造されている。不織布１２は１０５ｇ以上、３００ｇ以下の目付（１ｍ^２あたりの質量が１０５ｇ以上、３００ｇ）、厚みが０．７ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下のものが用いられ、本実施形態では１．１ｍｍのものが用いられる。

図１に、本発明の一実施形態の立体物成形方法の工程を示す。本実施形態の立体物成形方法は、シート材に線状部材を取り付ける工程と、線状部材が取り付けられたシート材を取付対象物の外形に沿う立体形状に成形する工程と、シート材を所定の形状に切断する工程と、を含む。本立体物形成方法は、さらに、形成する工程の前に、第１繊維の融点より高く第２繊維の融点より低い温度でシート材を加熱する工程を含む。取り付ける工程は、線状部材をミシン掛けによりシート材に縫い付けるものである。なお、切断する工程は、成形する工程の前と後の少なくとも一方に行われる。立体物は、取付対象物の外形に沿う立体形状に成形され、シート材の表面に線状部材が取り付けられたものである。なお、図１に表された各装置は工程を説明するために示されており、本実施形態で用いられる実際の装置を示すものではない。

まず、不織布１２に発熱線１１を取り付ける工程を行う。この取り付ける工程において、発熱線１１はミシン掛けにより不織布１２に縫い付けられる。図１（Ａ）に示すように、ロール状に巻かれた不織布１２が支持台２０に支持され、搬送手段である引き出しローラ２１ａによりミシン２２に向けて引き出され、搬送ローラ２１ａによりミシン２２に搬送される。

ミシン２２は、発熱線１１を不織布１２に縫い付けて例えば図２に示すパターン配線を形成するものであり、縫い目がジグザグになる公知の千鳥縫いミシン２２が用いられる。ミシン２２は、Ｘ－Ｙ方向に移動可能な作業用テーブル２２ａと、上糸１３が通されたミシン針を有するミシンヘッド２２ｂと、発熱線１１をミシンヘッドに供給する発熱線供給手段２２ｃと、作業用テーブル２２ａ内であってミシン針に対向する開口部に下方に位置する下糸供給手段２２ｄとを備えている。不織布１２の発熱線１１の縫い付け対象領域（立体物に成形される不織布１２の所定の領域であり、「加工領域Ｓ」とも言う。）が作業用テーブル２２ａ上に保持され、ミシンヘッド２２ｂが発熱線供給手段２２ｃから供給される発熱線１１を不織布１２の表面上に所定パターンに誘導し、ミシン針を不織布１２に対して繰り返し抜き差しすることで、発熱線１１を上糸１３と下糸１４とで不織布１２に縫い付ける。このとき、ミシン針を発熱線１１の左右交互に抜き差しさせることで、図２、図４、図５に示すように、上糸１３が発熱線１１を跨いで左右交互に配置され不織布１２内で下糸１４に係止されて千鳥縫いが施され、発熱線１１が不織布１２に縫い付けられる。従って、不織布１２の表面には発熱線１１と上糸１３が表われ、不織布１２の裏面には下糸１４が表われる。なお、図１（Ａ）～図１（Ｄ）においては、下糸１４の記載を省略しており、また、図１～図６において、説明の便宜上、発熱線１１、上糸１３、下糸１４を大きく表しているが、これらの図は実際の縮尺によるものではない。

所定のパターンで発熱線１１が縫い付けられた後、不織布１２は図示しないローラ等の搬送手段により加熱装置２３に搬送される。また、不織布１２は長さ方向に引き出しローラ２１ａによって引き出され、ミシン２２の作業テーブル上には不織布１２の次に発熱線１１が縫い付けられる予定の加工領域Ｓが保持される。

次に、図１（Ｂ）に示すように、加熱装置２３によりシート材を加熱する工程が行われる。加熱装置２３は、上下方向に対向配置される２枚の加熱板２３ａ、２３ａを備え、上側の加熱板２３ａは、図示しない移動手段により、下側の加熱板２３ａに対して上下方向に移動可能である。不織布１２の、少なくとも発熱線１１が縫い付けられた所定の領域（加工領域Ｓ）が下側の加熱板２３ａ上に載置され、上側の加熱板２３ａを下降させて不織布１２に接触させて上下の加熱板２３ａ、２３ａで不織布１２を挟み込んで加熱する。なお、不織布１２を支持手段によって上下の加熱板２３ａ、２３ａの間に支持させ、各加熱板２３ａと接触せずに加熱してもよい。加熱温度、すなわち加熱板２３ａの表面温度は、不織布１２の第１繊維の融点より高く、第２繊維の融点より低い温度に設定され、本実施形態では、約１３０度に設定されている。加熱時間は、不織布１２の第１繊維が変形可能な程度に軟化するのに必要な時間に設定され、不織布１２の厚みや不織布１２に含まれる第１繊維の割合に応じて定まり、例えば、２０秒以上、４０秒以下に設定される。加熱する工程が終了すると、図示しないローラ等の搬送手段によりトリム装置２４に搬送される。

トリム装置２４においては、図１（Ｃ）に示すように、不織布１２を所定の形状に切断する工程が行われる。トリム装置２４は、既知のトリム装置が用いられ、例えば、型抜き機である。また、トリム装置２４は、ロボットアームと、ロボットアームに取付けられた切断機構とを備え、切断機構にはカッタ刃を備えたものであってもよい。この場合、ロボットアームは複数の関節を備えており、切断機構のカッタ刃を切断予定線に沿って移動させることが可能な構成となっていてもよい。このトリム装置２４により、不織布１２の加工領域Ｓが切り取られる。図２に示す二点鎖線は切断予定線Ｌである。切断された不織布１２は、搬送ベルトや作業者によりプレス機２５に搬送される。

次に、図１（Ｄ）に示すように、発熱線１１が取り付けられ所望の形状に切断された不織布１２を所定の立体形状に成形する工程を行う。この工程はプレス機２５により行われる。プレス機２５は、上下方向に対向配置された金型２５ａ、２５ａを備え、この金型２５ａ、２５ａの間に不織布１２が搬送される。プレス圧力は不織布１２が変形可能な程度の圧力であればよく、プレスによって発熱線１１が不織布１２の厚み方向内部に埋め込まれることがない程度の圧力に設定される。

加熱装置２３による加熱後すぐにプレス機２５によりプレスされることで、第１繊維が軟化した不織布１２はプレス機２５の金型２５ａ、２５ａの形状に沿って立体的にプレスされる。プレスされた立体形状で不織布１２の第１繊維の融点以下の温度になるまで保持されることで、第１繊維を含んだ不織布１２は金型２５ａ、２５ａに沿った形状を保持して固まり、これにより、例えば図３に示すヒータ１０が立体物として成形される。

引き出しローラ２１ａ等の搬送手段、ミシン２２、加熱装置２３、トリム装置２４、プレス機２５の各装置は、図示しない制御装置によりその動作が制御されてもよい。この場合、制御装置は、搬送手段により不織布１２を間欠的に搬送させ、搬送された不織布１２の加工領域Ｓに対して、ミシン２２、加熱装置２３、トリム装置２４、プレス機２５の各装置を動作させ、不織布１２の引き出しから成形する工程までを一連に制御することができる。

なお、加熱する工程と成形する工程とは同時に行われてもよい。すなわち、プレス機等の成形装置において、金型は加熱板としても使用され、金型によって不織布１２を加熱しつつ成形を行ってもよい。

図３に示す所定の立体物は、例えば、ステアリングホイール３０に用いられる。ステアリングホイール３０は、図６に示すように、鉄、アルミニウム等の金属やこれらの合金によって形成された円環状のリム部３１と、リム部３１によって囲まれた空間に位置し、図示しないステアリングシャフトに連結しているパット部３２と、パット部３２とリム部３１とを連結するスポーク部３３ａ～３３ｃとを備えている。リム部３１の左右の一定の角度範囲は、運転者によって把持される把持部である。立体物であるヒータ１０はリム部３１の把持部とスポーク部３３ａの形状に沿うように形成されており、ヒートシータ１０はリム部３１の把持部とスポーク部３３ａに嵌め付けられる。

発熱線１１には電源供給のための電線が図示しないコネクタ等を介して接続される。ヒータ１０が嵌め付けられた後、少なくともヒータ１０が取り付けられた部分には被覆部材３４が被せられステアリングホイール３０が完成する。

本実施形態によれば、線状部材が取り付けられた不織布１２等のシート材を、取付対象物の形状に沿った形状の立体物に成形することで、取付対象物に嵌め付けるだけで立体物を取付けることができ、従来の平面形状の線状部材が固定されたシート材に比べて取付が非常に簡単になる。また、作業者は面状発熱体をステアリングホイール３０に沿わせるためにシート材を引っ張りながら巻き付け作業を行う必要がないため、発熱線１１が断線するおそれがない。

なお、本実施形態では、シート材を所定の形状に切断する工程の後にシート材を所定の立体形状に成形する工程を行ったが、取付対象物の立体形状が比較的単純な場合には、加熱する工程、シート材を立体形状に成形する工程を行った後に、シート材を所定の形状に切断する工程を行ってもよい。この場合、ロール状に巻かれた不織布１２を、ミシン２２、加熱装置２３、プレス機２５、トリム装置２４に搬送手段により順次搬送することで、シート材に線状部材を取り付ける工程と、シート材を加熱する工程と、シート材を所定の立体形状に成形する工程と、シート材を所定の形状に切断する工程を行うことができるため、切断する工程の直前まで不織布１２が切り離されず、不織布１２の搬送が行いやすい。また、シート材を所定の形状に切断する工程の後に、加熱する工程、シート材を立体形状に成形する工程を行ってもよい。さらに、第１の切断する工程によりシート材を切断予定線Ｌよりも大きめに切断した後、成形する工程を行い、さらに、第２の切断する工程により、立体形状のシート材の余分な部分を除去してもよい。

また、線状部材である発熱線１１をミシン２２により上糸１３と下糸１４とでシート材に取り付けているため、シート材に接着剤等で固定する場合に比べて、シート材の表面上において線状部材が若干移動することができる、すなわち、いわゆる遊びを設けることができる。このためプレス時に金型２５ａ、２５ａによりシート材が変形して発熱線１１が引っ張られても、発熱線１１は変形に合わせて移動でき、断線しにくくなる。

なお、シート材は、不織布１２に穴あけ加工した穴あけ不織布、発泡体を備えた発泡形成体、ダブルラッセル編地、スパンボンド法により製造されたスパンボンド不織布、などの素材から構成されていてもよい。

なお、線状部材は発熱線１１に限定されず、任意の用途の電線であってもよく、例えばＭＥＭＳセンサなどの加速度センサ、温度センサ、圧力センサ、光センサ、漏電センサ等に接続される電線であってもよい。また、電線は、電線自体がセンサとして機能してもよく、例えばハンドルが握られた時と握られていない時とにおいて接地との間の静電容量の変化を検知するための電線であってもよい。また、用途の異なる電線や光ファイバが複数設けられていてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

１０ヒータ
１１発熱線（線状部材）
１２不織布（シート材）
１３上糸
１４下糸
２０支持台
２１引き出しローラ
２２ミシン
２３加熱装置
２４トリム装置
２５プレス機
３０ステアリングホイール

Claims

シート材に線状部材を取り付ける工程と、
前記線状部材が取り付けられた平面形状の前記シート材を、取付対象物の外形に沿う立体形状に成形する工程と、
前記シート材を所定の形状に切断する工程と、
を含み、
前記シート材は不織布からなり、
前記不織布は、所定の融点を有する第１繊維と、前記第１繊維よりも融点が高い第２繊維とを含む、立体物成形方法。
前記取り付ける工程は、前記線状部材をミシン掛けにより前記シート材に縫い付けるものである請求項１に記載の立体物成形方法。
前記切断する工程は、前記成形する工程の前と後の少なくとも一方に行われる、請求項１または２に記載の立体物成形方法。
前記成形する工程の前に又は前記成形する工程と同時に、前記第１繊維の融点より高く前記第２繊維の融点より低い温度で前記シート材を加熱する工程を含む請求項１に記載の立体物成形方法。
取付対象物の外形に沿う立体形状に成形され、シート材の表面に線状部材が取り付けられ、前記シート材は不織布からなり、前記不織布は、所定の融点を有する第１繊維と、前記第１繊維よりも融点が高い第２繊維とを含む、立体物。